本书从现有工业以太网技术的比较开始，概要性的介绍了主流的几种实时以太网，详细介绍了POWERLINK实时以太网技术。内容包括POWRLINK的技术原理，特点，具有哪些功能，以及应用层CANopen的概念，这些基础的技术理论。进而介绍了如何实现和使用POWERLINK，包括如何组建和配置POWRELINK网络，如何诊断网络错误等。最后介绍了POWERLINK的典型应用，包括运动控制和过程控制。

工业控制与智能制造丛书
开源实时以太网
POWERLINK详解
肖维荣 王谨秋 宋华振◎编著

内容全面 涵盖了通信协议的所有层面
技术细节\实现方案\工程应用

前：
实时以太网技术是现场总线技术的最前沿发展，已广为应用，POWERLINK是最早被应用的实时以太网技术，并且

不断发展升级，它对于智能制造与机器控制而言，在确保加工的精度、速度以及生产灵活性方面至关重要，其

冗余设计、大数据传输能力更可被过程自动化、工厂自动化应用，基于POWERLINK的安全技术也是满足工业4.0

对于系统安全协同需求的关键技术。

本书是第一本完全基于实时以太网技术的图书，由具有丰富应用经验的工程技术专家编写，并结合实际开发与

应用，对于工业自动化、嵌入式系统开发、运动控制、机器人等领域的技术开发人员具有全面而系统的支持和

帮助作用，其内容涵盖：

现场总线技术及其发展
POWERLINK技术基础
基于FPGA的POWERLINK主站与从站实现
POWERLINK测试与配置
POWERLINK应用

本书源代码可以在以下网站获取：
Http://sourceforge.net
Http://www.ethernet-powerlink.org
Http://www.ethernet-powerlink.cn

对于本书的反馈可以发送至：
Wangjq@ethernet-powerlink.cn

后：
作者简介
肖维荣，德国卡塞尔大学电气工程系工学博士，山东大学控制科学与工程学院兼职教授/博士生导师，上海交通

大学安泰管理学院EMBA。研究领域：现场总线与控制技术，电机的设计与计算，用数值场分析方法设计电磁能

量转换系统，磁浮轴承的设计与应用，电机与驱动系统的动态仿真，PLC, IPC, 变频器、伺服系统等工业自动

化技术，模糊逻辑以及非线性调节技术，在国际国内各学术期刊发表35篇以上论文，并且是《可编程计算机控

制器》、《装备自动化工程设计与实践》两本图书的主要作者。自1996年起担任贝加莱（中国）总经理以来，

积极推动前沿控制技术在大学的实践，共为中国本土大学资助26个合作实验室，并且推动实时以太网POWERLINK

技术的开源以及在中国的应用推广。

封底
本书详细讲述了实时以太网技术POWERLINK，它是一个技术开放、代码开源的实时以太网通信解决方案。该方案

被广泛应用于工业界的运动控制和分布式过程控制，涉及的行业包括电力、能源、高铁、伺服驱动器、数控加

工、纺织和印刷等。本书由浅入深地介绍POWERLINK的原理、功能特点、应用和实践等内容；使读者可以用

POWERLINK产品构建一个网络，并对网络故障进行诊断。本书适合从事工业控制的嵌入式设计程师、电子工程师

等阅读，也可作为高校电子、自动化专业的技术参考书。
本书特色
理论结合实践，在介绍理论知识的基础上，重点讲述如何实现POWERLINK，如何运行和使用POWERLINK。
内容全面，涵盖了通信协议的所有层面，物理层，数据链路层，应用层。
以应用为重点，阐述如何开发POWERLINK的产品、如何联调POWERLINK产品、如何使用POWERLINK产品，以及如何

诊断POWERLINK网络错误。

工业实时以太网技术属于工业现场总线的范畴。工业现场总线在工业应用中占有重要地位，也是“兵家必争之地”，如西门子、AB等国际知名的公司都拥有自己的总线技术。POWERLINK是开放源码的实时以太网技术，它最早开始于2001年，是最早、最成熟、使用最广泛的实时以太网协议之一，后来成了IEC国际标准及中国的国家标准。它是目前唯一一个技术开放、代码开源的工业实时以太网技术，与其他总线相比，具有实现容易、可以掌握核心技术、拥有源代码和自主知识产权等特点，因此被国内很多大公司采用，如和利时、南瑞、南车、格力及一些军工单位。POWERLINK的优点是无需专用的硬件，在普通的以太网硬件平台上就能实现，而软件又全部开放了源码，可免费从网上下载。对于中小企业，POWERLINK的优势是实现方便、价格便宜，能为企业节省一笔可观的授权费，而且实现POWERLINK的硬件成本也很低廉。
本书以现有工业以太网技术的比较为出发点，概要介绍了几种主流的实时以太网技术，详细介绍了POWERLINK实时以太网技术，内容包括POWERLINK的技术原理、特点、功能，以及应用层CANopen的概念等。进而介绍了如何实现和使用POWERLINK，包括如何组建和配置POWERLINK网络，如何诊断网络错误等。最后介绍了POWERLINK的典型应用，包括运动控制和过程控制。本书从POWERLINK的技术原理开始，逐一介绍了组网、运行、诊断以及行业的应用，从理论到实践逐步深入。通过阅读本书，读者定能熟练掌握POWERLINK技术。
出版本书就是为了更好地推广POWERLINK，让更多人了解、学习、掌握、使用POWERLINK。

工业控制

本书详细讲述了实时以太网技术——POWERLINK，它是一个技术开放、代码开源的实时以太网通信解决方案。该方案被广泛应用于工业界的运动控制和分布式过程控制，涉及的行业包括电力、能源、高铁、伺服驱动器、数控加工、纺织和印刷等。本书浅入深地介绍POWERLINK的原理、功能特点、应用和实践等内容，使读者可以用POWERLINK产品构建一个网络，并对网络故障进行诊断。本书适合从事工业控制的嵌入式设计程师、电子工程师等阅读，也可作为高校电子、自动化专业的技术参考书。

本书特色：
理论结合实践，在介绍理论知识的基础上，重点讲述如何实现POWERLINK，如何运行和使用POWERLINK。
内容全面，涵盖了一个通信协议的所有层面——物理层、数据链路层、应用层。
以应用为重点，阐述如何开发POWERLINK的产品、如何联调POWERLINK产品、如何使用POWERLINK产品，以及如何诊断POWERLINK网络错误。

肖维荣 王谨秋 宋华振 编著：暂无简介

前　言
第1章　总线概述　1
1.1　现场总线　2
1.1.1　现场总线技术的发展　2
1.1.2　现场总线产生的需求　2
1.2　以太网技术　3
1.3　实时以太网技术　5
1.3.1　实时以太网与现场总线的比较　5
1.3.2　主要实时以太网技术的比较　5
1.3.3　不同工业应用对于网络的需求　6
1.3.4　选择实时以太网的标准　7
1.4　现有实时以太网的标准　7
1.4.1　几种典型总线的原理　8
1.4.2　POWERLINK和EtherCAT的比较　11
第2章　POWERLINK的原理　17
2.1　IEC国际标准POWERLINK　18
2.2　OSI模型　18
2.3　POWERLINK的物理层　19
2.4　POWERLINK的数据链路层　20
2.4.1　POWERLINK概述　20
2.4.2　POWERLINK管理节点　20
2.4.3　POWERLINK受控节点　21
2.4.4　POWERLINK服务　21
2.4.5　POWERLINK周期　21
2.4.6　POWERLINK短周期　28
2.5　POWERLINK的同步机制　30
2.6　POWERLINK数据帧的结构　34
2.6.1　SoC数据帧结构　34
2.6.2　Preq数据帧结构　34
2.6.3　Pres数据帧结构　35
2.6.4　SoA数据帧结构　37
2.6.5　ASnd数据帧结构　38
2.7　DLL状态机　38
2.7.1　从站DLL状态机　38
2.7.2　MN周期状态机　42
2.8　主站网络管理（NMT）状态机　48
2.8.1　通用初始化NMT状态机　49
2.8.2　主站MN NMT状态机　51
2.8.3　从站CN NMT状态机　56
2.9　CANopen简介　63
第3章　POWERLINK的功能和特点　65
3.1　应用案例　66
3.2　一“网”到底　66
3.2.1　多路复用　66
3.2.2　大数据量通信　67
3.2.3　故障诊断　67
3.2.4　网络配置　67
3.2.5　实现方案　68
3.2.6　开发难度　68
3.3　性能参数　68
3.4　网络拓扑　69
3.4.1　网络拓扑概述　69
3.4.2　节点的寻址　70
3.5　热插拔　70
3.6　冗余　70
3.6.1　双网冗余　70
3.6.2　环形冗余　74
3.6.3　多主冗余　81
3.6.4　冗余系统的典型拓扑结构　90
3.7　交叉通信　90
3.8　实时域与非实时域　91
3.9　基于POWERLINK的功能安全　92
3.9.1　适用于所有现场总线　92
3.9.2　openSAFETY原理　93
第4章　POWERLINK的实现方案　96
4.1　C语言实现方案　97
4.1.1　硬件平台　97
4.1.2　软件平台　97
4.1.3　物理层　98
4.1.4　软件介绍　98
4.1.5　软件架构　98
4.1.6　软件模块　98
4.1.7　基于Windows的方案　102
4.1.8　基于Linux的方案　102
4.1.9　基于VxWorks的方案　103
4.1.10　基于FPGA的方案　103
4.1.11　运行openPOWERLINK　104
4.2　HDL语言实现方案　112
4.2.1　方案优势　112
4.2.2　方案架构　112
4.2.3　FPGA资源　115
4.2.4　支持的平台　115
4.2.5　与上位机的接口　115
4.2.6　异步并行总线　116
4.2.7　POWERLINK IP的寄存器介绍　116
4.2.8　Verilog HDL最小应用层　118
第5章　POWERLINK应用层　130
5.1　CANopen应用层　131
5.2　对象字典　131
5.3　XDD文件　136
5.3.1　设备描述　138
5.3.2　网络通信描述　139
5.4　异步通信模型　143
5.4.1　SDO读　143
5.4.2　SDO写　144
5.4.3　SDO命令接收方的处理过程　146
5.5　同步通信模型　147
5.5.1　从站发送的通信参数配置（0x18XX）　148
5.5.2　从站发送的映射参数配置（0x1A00）　149
5.5.3　从站接收的通信参数配置（0x14XX）　150
5.5.4　从站接收的映射参数配置（0x1600）　150
5.5.5　主站发送参数的配置过程　152
5.6　应用编程接口　153
5.7　自定义应用层　153
5.7.1　对象字典　153
5.7.2　自定义异步协议　153
5.7.3　自定义同步协议　154
第6章　POWERLINK的网络组态　155
6.1　openCONFIGURATOR简介　156
6.2　openCONFIGURATOR的使用　159
6.2.1　创建新的openCONFIGURATOR工程　159
6.2.2　openCONFIGURATOR配置Preq-Pres模式通信　167
6.2.3　openCONFIGURATOR配置PRC模式通信　170
6.2.4　openCONFIGURATOR配置交叉通信　171
6.3　Mnobd文件解析　175
第7章　POWERLINK通信诊断　178
7.1　诊断工具简介　179
7.2　Wireshark使用方法　179
7.2.1　下载及安装　179
7.2.2　网络连接　179
7.2.3　运行Wireshark　179
7.2.4　Wireshark数据分析　181
7.2.5　对各个从节点状态的诊断　182
7.2.6　Wireshark过滤功能　185
7.2.7　配置过程中对错误的诊断　186
7.3　Omnipeek简介　187
7.3.1　Omnipeek安装　188
7.3.2　EthernetAnalyzer安装　188
7.3.3　PC网卡的配置　188
7.3.4　X20_ET8819的设置　189
7.3.5　启动Omnipeek　190
7.3.6　对X20_ET8819的配置　190
7.3.7　关闭防火墙　190
7.3.8　线缆连接　191
7.3.9　开始分析　192
7.3.10　X20_ET8819的高级设置　192
7.4　错误处理机制　193
7.4.1　POWERLINK可能出现的错误　193
7.4.2　各种错误对应的对象字典中的对象　194
7.4.3　源码中经常出现的错误　195
第8章　POWERLINK的应用　197
8.1　基于POWERLINK的伺服驱动器设计　198
8.1.1　硬件平台　198
8.1.2　软件设计　198
8.1.3　DS402　198
8.1.4　伺服中关于通信的设计　199
8.1.5　一拖多伺服的设计　200
8.1.6　伺服设计实例　200
8.2　基于POWERLINK的DCS系统设计　207
8.2.1　大数据量传输　207
8.2.2　多主站冗余　208
8.2.3　监控功能　208
8.2.4　通信功能　208
8.2.5　强制切换　209
8.2.6　环网冗余和线缆冗余　209
8.2.7　热插拔　209
8.2.8　无扰下装　210
8.2.9　可扩展背板总线　211
8.2.10　网络组态工具　212
8.2.11　POWERLINK各种冗余的拓扑结构　212